JP2005342587A - Water production method and water production device - Google Patents
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Description
本発明は、逆浸透膜モジュールおよびその透過水中のホウ素を除去する手段を備えた造水装置およびそれらを用いた造水方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a reverse osmosis membrane module, a fresh water generator having a means for removing boron in permeated water, and a fresh water generation method using them.
海水・かん水からの淡水の生成や河川・湖沼水からの上水の生成等には、たとえば逆浸透膜モジュールを備えた造水装置が用いられる。この種の造水装置は、基本的には図１に示すように殺菌や濁質成分除去等の前処理を施した原水（海水等）を高圧ポンプＰ１を介して所定の圧力（例えば６．０ＭＰａ程度）に高めて逆浸透膜モジュール１に供給し、この逆浸透膜モジュール２にて逆浸透作用により透過した透過水（淡水）と濃縮水とを得るように構成される。この透過水は、国内および海外における水質基準値あるいは指針値をほぼ満たす水質を有しているが、唯一ホウ素については、問題が残されている。
For example, a fresh water generator equipped with a reverse osmosis membrane module is used to generate fresh water from seawater and brine, or to generate clean water from rivers and lakes. As shown in FIG. 1, this type of fresh water generator basically uses raw water (seawater, etc.) that has been subjected to pretreatment such as sterilization and removal of turbid components to a predetermined pressure (for example, 6. The reverse
ホウ素は海水中に、およそ４〜６．５ｍｇ／Ｌ含まれているが、現在の海水淡水化用逆浸透膜のホウ素除去率は９０％程度であるため、運転条件等にもよるが透過水中には１．０ｍｇ／Ｌ程度のホウ素が残留することになる。 Boron is contained in seawater in an amount of about 4 to 6.5 mg / L. However, since the current boron removal rate of seawater desalination reverse osmosis membranes is about 90%, it depends on operating conditions and the like. In this case, about 1.0 mg / L of boron remains.
このため、水中に存在するホウ素を除去する方法として以下のような技術が開示されている。特許文献１には、透過水中に残留したホウ素を除去することを目的として、逆浸透膜モジュールの後段に透過水中のホウ素を除去するためのｐＨ調整手段と２段目逆浸透膜モジュールを設ける水処理方法が提案されている。ホウ素は一般に、中性付近の水中では主に非解離状態のＢ(ＯＨ)3として存在すると考えられており、この状態では逆浸透膜を自由に透過するが、この水をアルカリ性、例えばｐＨ９以上にすると解離状態のＢ(ＯＨ)4 -となることで逆浸透膜を透過しなくなり、濃縮水側にホウ素が濃縮されることになる。
For this reason, the following techniques are disclosed as a method for removing boron present in water. In
また、特許文献２には、逆浸透膜モジュールの後段に、透過水中のホウ素を除去するためのイオン交換樹脂層を設ける水処理方法が提案されている。 Patent Document 2 proposes a water treatment method in which an ion exchange resin layer for removing boron in the permeated water is provided after the reverse osmosis membrane module.
さらに、非特許文献１には、逆浸透膜モジュールの後段に、透過水中のホウ素を除去するために、２段目、３段目逆浸透膜モジュールやホウ素を除去する吸着剤を組み合わせた水処理方法が提案されている。
Further, Non-Patent
しかしながら、原水となる海水などの水温は年間を通じて一定であるわけではなく、季節に応じて変化する。例えば、国内の場合には、約５〜３０℃といった範囲で変化し、また、海外の場合には、さらにその範囲が広がり、０〜４０℃といった場合も想定される。 However, the temperature of seawater and other raw water is not constant throughout the year, and changes according to the season. For example, in the case of domestic, it changes within a range of about 5 to 30 ° C., and in the case of overseas, the range further expands, and a case of 0 to 40 ° C. is also assumed.
一方、逆浸透膜により原水からホウ素を除去する場合、逆浸透膜のホウ素に対する除去性能は、温度依存性があることが知られている。例えば、２５℃でホウ素除去率が９０％であった場合、４０℃では８５％程度となり、４０℃の場合の逆浸透膜の透過水中のホウ素濃度が１．５〜２ｍｇ／Ｌ程度となることがある。 On the other hand, when removing boron from raw water using a reverse osmosis membrane, it is known that the removal performance of the reverse osmosis membrane with respect to boron is temperature-dependent. For example, when the boron removal rate is 90% at 25 ° C., it is about 85% at 40 ° C., and the boron concentration in the permeated water of the reverse osmosis membrane at 40 ° C. is about 1.5 to 2 mg / L. There is.
したがって、逆浸透膜の温度依存性を考慮すると、上記文献における水処理方法は、年間を通じて透過水中のホウ素濃度が変化することになることが考えられ、また、ホウ素濃度を一定に保てたとしても、原水から透過水を得る回収率が低くなったり、ホウ素吸着剤に逆浸透膜の透過水を全量通水したりと、造水コストが高くなり、経済性の点から問題があった。
本発明は、上記従来の問題点を解決し、逆浸透分離した透過水から効率的にホウ素を除去する経済的な造水方法および造水装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and to provide an economical fresh water generation method and fresh water generation apparatus that efficiently removes boron from permeated water separated by reverse osmosis.
上記課題を解決するための本発明は、次の（１）（２）の構成を特徴とするものである。 The present invention for solving the above-described problems is characterized by the following configurations (1) and (2).
（１）ホウ素を含んだ原水から造水する方法であって、第１段目の逆浸透膜モジュールで逆浸透分離して濃縮水と透過水とを得た後、前記透過水を第２段目の逆浸透膜モジュールで逆浸透分離し、第２段目の逆浸透膜モジュールの後段にホウ素吸着剤を備えた造水装置において、ホウ素濃度検出器により検出された生産水のホウ素濃度に応じて、以下の（Ａ）〜（Ｃ）の工程を順番に稼働させることを特徴とする造水方法。
（Ａ）第１段目の逆浸透膜モジュールで逆浸透分離して濃縮水と透過水とを得る。
（Ｂ）第１段目の逆浸透膜モジュールの透過水に、アルカリ添加および／または少なくとも一部を、第２段目の逆浸透膜モジュールで逆浸透分離する。
（Ｃ）前記第２段目の逆浸透膜モジュールの後段のホウ素吸着剤でホウ素を除去する。 （２）ホウ素を含んだ原水から造水する装置であって、第１段目の逆浸透膜モジュールで逆浸透分離して濃縮水と透過水とを得た後、前記透過水を第２段目の逆浸透膜モジュールで逆浸透分離し、第２段目の逆浸透膜モジュールの後段にホウ素吸着剤を備えた造水装置において、ホウ素濃度検出器により検出された生産水のホウ素濃度に応じて、昇圧手段、アルカリ注入手段、第２段目の逆浸透膜モジュールの供給水のバイパス手段、第２段目の逆浸透膜モジュールの濃縮水量調整手段を制御し、以下の（Ａ）〜（Ｃ）の工程を順番に稼働させ、生産水のホウ素濃度を一定の範囲に制御する制御器を備えていることを特徴とする造水装置。
（Ａ）第１段目の逆浸透膜モジュールで逆浸透分離して濃縮水と透過水とを得る。
（Ｂ）第１段目の逆浸透膜モジュールの透過水に、アルカリ添加および／または少なくとも一部を、第２段目の逆浸透膜モジュールで逆浸透分離する。
（Ｃ）前記第２段目の逆浸透膜モジュールの後段のホウ素吸着剤でホウ素を除去する。
(1) A method for producing fresh water from boron-containing raw water, wherein reverse osmosis separation is performed by a first-stage reverse osmosis membrane module to obtain concentrated water and permeate. According to the boron concentration of the product water detected by the boron concentration detector in the desalination apparatus with reverse osmosis separation by the reverse osmosis membrane module of the eye and equipped with the boron adsorbent in the second stage of the reverse osmosis membrane module of the second stage And the fresh water generation method characterized by operating the process of the following (A)-(C) in order.
(A) Reverse osmosis separation is performed by the first-stage reverse osmosis membrane module to obtain concentrated water and permeated water.
(B) Alkaline addition and / or at least a part of the permeated water of the first-stage reverse osmosis membrane module is reverse osmosis separated by the second-stage reverse osmosis membrane module.
(C) Boron is removed with a boron adsorbent at the latter stage of the second stage reverse osmosis membrane module. (2) A device for producing water from raw water containing boron, and after reverse osmosis separation by a reverse osmosis membrane module in the first stage to obtain concentrated water and permeate, the permeate is According to the boron concentration of the product water detected by the boron concentration detector in the desalination apparatus with reverse osmosis separation by the reverse osmosis membrane module of the eye and equipped with the boron adsorbent in the second stage of the reverse osmosis membrane module of the second stage The boosting means, alkali injection means, second-stage reverse osmosis membrane module supply water bypass means, and second-stage reverse osmosis membrane module concentrated water amount adjustment means are controlled, and the following (A) to ( A fresh water generator characterized by comprising a controller that sequentially operates the steps of C) and controls the boron concentration of the produced water within a certain range.
(A) Reverse osmosis separation is performed by the first-stage reverse osmosis membrane module to obtain concentrated water and permeated water.
(B) Alkaline addition and / or at least a part of the permeated water of the first-stage reverse osmosis membrane module is reverse osmosis separated by the second-stage reverse osmosis membrane module.
(C) Boron is removed with a boron adsorbent at the latter stage of the second stage reverse osmosis membrane module.
本発明によれば、得られる透過水のホウ素濃度が所定範囲内となるように、第１段目の逆浸透膜モジュール、第２段目の逆浸透膜モジュール、ｐＨ調整、第２段目の逆浸透膜モジュールの濃縮水中のホウ素を除去するホウ素吸着剤に順次、通水または添加することで、原水の水温が激しく変化した場合においても、最適な水処理方法を選択しながら運転することができ、年間を通じて造水コストを抑えることができ、ひいては経済性を向上できる。 According to the present invention, the first-stage reverse osmosis membrane module, the second-stage reverse osmosis membrane module, the pH adjustment, the second-stage reverse osmosis membrane module, the second-stage reverse osmosis membrane module, and the second-stage reverse osmosis membrane module. By sequentially passing or adding to the boron adsorbent that removes boron in the concentrated water of the reverse osmosis membrane module, even when the water temperature of the raw water changes drastically, it can be operated while selecting the optimal water treatment method. This can reduce the cost of fresh water throughout the year, which in turn can improve economic efficiency.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図２は、本発明の一実施形態を示す造水装置の概略フロー図である。図２において、１は第１段目の逆浸透膜モジュール、２は第２段目の逆浸透膜モジュール、３はホウ素吸着剤、４は第１段目の透過水のｐＨを調整するためのアルカリ注入手段、５はホウ素濃度検出器、６は制御器である。本発明においては、このような造水装置において、殺菌や濁質成分除去等の前処理が施された原水（海水など）は高圧ポンプ（昇圧手段）Ｐ１で昇圧されて逆浸透膜モジュール１に供給され、透過水と濃縮水に分離される。逆浸透膜モジュール１の後段には、逆浸透膜モジュール１の透過水のｐＨを調整するためのアルカリ注入手段４と第１段目の逆浸透膜モジュール１の透過水を昇圧して第２段目の逆浸透膜モジュール２に供給する加圧ポンプ（昇圧手段）Ｐ２が設けられており、原水の水温が高くなり、第１段目の逆浸透膜モジュールの透過水中に含まれているホウ素濃度が所定範囲を超えた場合には、加圧ポンプ（昇圧手段）Ｐ２で加圧して第２段目の逆浸透膜モジュール２へ供給される。
FIG. 2 is a schematic flow diagram of a fresh water producing apparatus showing an embodiment of the present invention. In FIG. 2, 1 is the first-stage reverse osmosis membrane module, 2 is the second-stage reverse osmosis membrane module, 3 is the boron adsorbent, and 4 is for adjusting the pH of the first-stage permeate. Alkaline injection means, 5 is a boron concentration detector, and 6 is a controller. In the present invention, in such a fresh water generator, raw water (seawater, etc.) that has been subjected to pretreatment such as sterilization and removal of turbid components is boosted by a high-pressure pump (pressure-increasing means) P1 and applied to the reverse
ここで、ホウ素濃度の所定範囲とは、地域や顧客の要求によって異なるが、例えば、海外の場合にはＷＨＯの水質ガイドライン値である０．５ｍｇ／Ｌが、国内の場合には水質基準である１．０ｍｇ／Ｌが、顧客の要求の場合には特に海外においては０．３，０．４ｍｇ／Ｌ程度が要求される場合がある。本発明は、かかる要求を満たしつつも、年間を通じて造水コストを抑え、経済性向上に大きく寄与するものである。 Here, the predetermined range of the boron concentration varies depending on the region and customer requirements. For example, in the case of overseas, the WHO water quality guideline value of 0.5 mg / L is the water quality standard in Japan. When 1.0 mg / L is requested by the customer, there are cases where about 0.3, 0.4 mg / L is required particularly overseas. While satisfying such a demand, the present invention significantly reduces water production costs throughout the year and greatly contributes to economic improvement.
最終的に得られた生産水（第２段目の逆浸透膜モジュールの後段のホウ素吸着剤でホウ素を除去された水と第２段目の逆浸透膜モジュール２の透過水との混合水）のホウ素濃度は、検出器５で検出され、制御器へ信号が送られ、ホウ素濃度が所定範囲内となるように各部、すなわち、高圧ポンプ（昇圧手段）、アルカリ注入手段、第２段目の逆浸透膜モジュールのバイパスバルブ（第２段目の逆浸透膜モジュールの濃縮水量調整手段）などが制御される。ここで、第２段目の逆浸透膜モジュールの後段のホウ素吸着剤とは、第２段目の逆浸透膜モジュールの濃縮水もしくは透過水側に設置されたホウ素吸着剤を意味する。造水コストを低減させる場合には、前記ホウ素吸着剤を第２段目の逆浸透膜モジュールの濃縮水側に設置（図２）することが好ましく、一方、ホウ素濃度をより低減させる場合には、前記ホウ素吸着剤を第２段目の逆浸透膜モジュールの透過水側に設置（図示せず）することが好ましい。
Product water finally obtained (mixed water of water from which boron has been removed by the boron adsorbent at the second stage of the second stage reverse osmosis membrane module and the permeated water of the second stage reverse osmosis membrane module 2) The boron concentration is detected by the
そして、さらに水温が高くなり、第２段目の逆浸透膜モジュール２の透過水のホウ素濃度が所定範囲を超える場合には、第２段目の逆浸透膜モジュール２の供給水のｐＨを９以上にして、第２段目の逆浸透膜モジュール２のホウ素除去率を向上させる。さらに水温が高くなり、ｐＨを上昇させて第２段目の逆浸透膜モジュール２でホウ素を除去しても、その透過水中のホウ素濃度が所定範囲を超えてしまう場合には、第２段目の逆浸透膜モジュール２の濃縮水をホウ素吸着剤で処理し、その透過水を第２段目の逆浸透膜モジュール２の透過水と混合させて、ホウ素濃度を低減させる。 When the water temperature further increases and the boron concentration of the permeated water of the second-stage reverse osmosis membrane module 2 exceeds a predetermined range, the pH of the feed water of the second-stage reverse osmosis membrane module 2 is set to 9 As described above, the boron removal rate of the second-stage reverse osmosis membrane module 2 is improved. If the water temperature further increases, the pH is raised and boron is removed by the reverse osmosis membrane module 2 in the second stage, but the boron concentration in the permeate exceeds the predetermined range, the second stage The concentrated water of the reverse osmosis membrane module 2 is treated with a boron adsorbent, and the permeated water is mixed with the permeated water of the second-stage reverse osmosis membrane module 2 to reduce the boron concentration.
本実施形態において、第１段目の逆浸透膜モジュールは、被分離混合液中の一部の成分、例えば溶媒を透過させ他の成分を透過させない、実質的に逆浸透分離が可能な半透性の膜であって、その素材には、酢酸セルロース系ポリマー、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド、ビニルポリマーなどの高分子素材がよく使用されている。また、その膜構造は膜の少なくとも片面に緻密層を持ち、緻密層から膜内部あるいはもう片方の面に向けて徐々に大きな孔径の微細孔を有する非対称膜、非対称膜の緻密層の上に別の素材で形成された非常に薄い分離機能層を有する複合膜がある。膜形態には中空糸、平膜があるが、逆浸透膜の素材、膜構造や膜形態によらず利用することができいずれも効果がある。代表的な逆浸透膜としては、例えば酢酸セルロース系やポリアミド系の非対称膜およびポリアミド系、ポリ尿素系の分離機能層を有する複合膜などが挙げられる。これらの中でも、酢酸セルロース系の非対称膜、ポリアミド系の複合膜に本発明の装置及び方法が有効である。 In this embodiment, the reverse osmosis membrane module in the first stage is a semipermeable membrane capable of substantially reverse osmosis separation that does not allow some components in the liquid mixture to be separated, for example, solvent to permeate but does not permeate other components. A high molecular weight material such as cellulose acetate polymer, polyamide, polyester, polyimide, and vinyl polymer is often used as the material. In addition, the membrane structure has a dense layer on at least one side of the membrane, and an asymmetric membrane having fine pores with gradually larger pore diameters from the dense layer to the inside of the membrane or the other side, and a dense layer of the asymmetric membrane. There is a composite membrane having a very thin separation functional layer formed of the above materials. There are hollow fibers and flat membranes in the membrane form, but they can be used regardless of the reverse osmosis membrane material, membrane structure and membrane form, and both are effective. Typical reverse osmosis membranes include, for example, cellulose acetate-based and polyamide-based asymmetric membranes and composite membranes having polyamide-based and polyurea-based separation functional layers. Among these, the apparatus and method of the present invention are effective for cellulose acetate-based asymmetric membranes and polyamide-based composite membranes.
第１段目の逆浸透膜モジュールの使用圧力は、特に限定されるものではないが、好ましくは５ＭＰａ以上、さらに好ましくは８ＭＰａ以上で運転されるのが高い回収率を得るためにも好ましい。したがって、ここで使用される逆浸透膜は、海水淡水化や有価物回収などの高圧力条件で使用される膜が好ましく、より緻密な分離機能層を有し、高い耐圧性を有する膜であることが好ましい。膜の有すべき特性は、３．５％の食塩水、５ＭＰａ、２５℃、ｐＨ６．５で測定した時の塩排除率が９０％以上、好ましくは９５％以上、さらに好ましくは９９％以上の分離性能を有する膜である。排除率が高いほど透過水中の塩素イオンの濃度が低くなるので好ましい。塩排除率が９０％未満では透過水中の塩素イオンの量が多くなり透過水をそのまま飲料水や工業用水として使用することが困難である。さらに、３．５％の食塩水、５ＭＰａ、２５℃、ｐＨ６．５で測定した時の透過流束が１．５ｍ3／ｍ2・日以下、より好ましくは０．５ｍ3／ｍ2・日以上、１．０ｍ3／ｍ2・日以下であることがよい。１．５ｍ3／ｍ2・日を超える場合、膜の塩排除性能や耐圧性の低下を招き、また０．５ｍ3／ｍ2・日未満では大きな膜面積が必要になり、膜のコスト高を招くことになり、高い回収率を得ることが困難となる。 The working pressure of the first-stage reverse osmosis membrane module is not particularly limited, but it is preferable to operate at 5 MPa or more, more preferably 8 MPa or more in order to obtain a high recovery rate. Therefore, the reverse osmosis membrane used here is preferably a membrane used under high pressure conditions such as seawater desalination and recovery of valuable materials, and is a membrane having a denser separation function layer and high pressure resistance. It is preferable. The characteristic of the membrane is that the salt rejection when measured at 3.5% saline, 5 MPa, 25 ° C., pH 6.5 is 90% or more, preferably 95% or more, more preferably 99% or more. It is a membrane having separation performance. A higher rejection rate is preferable because the concentration of chlorine ions in the permeate becomes lower. If the salt rejection rate is less than 90%, the amount of chlorine ions in the permeated water increases, and it is difficult to use the permeated water as it is as drinking water or industrial water. Further, the permeation flux when measured at 3.5% saline, 5 MPa, 25 ° C. and pH 6.5 is 1.5 m 3 / m 2 · day or less, more preferably 0.5 m 3 / m 2 · day. As mentioned above, it is good that it is below 1.0m < 3 > / m < 2 > * day. If it exceeds 1.5 m 3 / m 2 · day, the salt rejection performance and pressure resistance of the membrane will be reduced, and if it is less than 0.5 m 3 / m 2 · day, a large membrane area will be required, resulting in high membrane cost. Resulting in a high recovery rate.
また、本発明において、第２の逆浸透膜モジュールには、いわゆる低圧逆浸透膜が使用できる。低圧逆浸透膜とは、被分離混合液中の一部の成分、例えば溶媒を透過させ他の成分を透過させない、実質的に逆浸透膜分離が可能な半透性の膜であって、４．２ＭＰａまでの耐圧性を有し、その実質的な使用圧力が２ＭＰａ以下で、かん水淡水化、超純水製造などで使用される塩濃度の低い溶液を分離対象とした逆浸透膜である。その素材には、酢酸セルロース系ポリマー、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド、ビニルポリマーなどの高分子素材がよく使用されている。また、その膜構造は膜の少なくとも片面に緻密層を持ち、緻密層から膜内部あるいはもう片方の面に向けて徐々に大きな孔径の微細孔を有する非対称膜、非対称膜の緻密層の上に別の素材で形成された非常に薄い分離機能層を有する複合膜がある。膜形態には中空糸、平膜があるが、逆浸透膜の素材、膜構造や膜形態によらず利用することができいずれも効果がある。代表的な逆浸透膜としては、例えば酢酸セルロース系やポリアミド系の非対称膜およびポリアミド系、ポリ尿素系の分離機能層を有する複合膜などが挙げられる。これらの中でも、酢酸セルロース系の非対称膜、ポリアミド系の複合膜に本発明の装置及び方法が有効である。 In the present invention, a so-called low pressure reverse osmosis membrane can be used for the second reverse osmosis membrane module. The low-pressure reverse osmosis membrane is a semipermeable membrane capable of substantially reverse osmosis membrane separation that allows some components in the mixture to be separated, for example, a solvent to permeate but does not permeate other components. This is a reverse osmosis membrane having a pressure resistance of up to 2 MPa, a practical working pressure of 2 MPa or less, and a solution with a low salt concentration used in brine desalination, ultrapure water production, etc., as a separation target. As the material, polymer materials such as cellulose acetate polymer, polyamide, polyester, polyimide, vinyl polymer are often used. In addition, the membrane structure has a dense layer on at least one side of the membrane, and an asymmetric membrane having fine pores with gradually larger pore diameters from the dense layer to the inside of the membrane or the other side, and a dense layer of the asymmetric membrane. There is a composite membrane having a very thin separation functional layer formed of the above materials. There are hollow fibers and flat membranes in the membrane form, but they can be used regardless of the reverse osmosis membrane material, membrane structure and membrane form, and both are effective. Typical reverse osmosis membranes include, for example, cellulose acetate-based and polyamide-based asymmetric membranes and composite membranes having polyamide-based and polyurea-based separation functional layers. Among these, the apparatus and method of the present invention are effective for cellulose acetate-based asymmetric membranes and polyamide-based composite membranes.
本発明において、低圧逆浸透膜が有すべき特性は、１５００ｐｐｍの食塩水、１．５ＭＰａ、２５℃、ｐＨ６．５で測定した時の透過流束が０．８ｍ3／ｍ2・日以上、好ましくは１．０ｍ3／ｍ2・日以上であることがよい。さらに、１５００ｐｐｍの食塩水、１．５ＭＰａ、２５℃、ｐＨ６．５で測定した時の塩排除率が９０％以上、好ましくは９８％以上で、かつ、１０００ｐｐｍの硫酸マグネシウム水溶液、１．５ＭＰａ、２５℃、ｐＨ６．５で測定した時の塩排除率が９０％以上、好ましくは９８％以上の分離性能を有することが好ましい。さらに好ましくは、上記した排除性能を有し、かつ、５００ｐｐｍの食塩水を０．５ＭＰａ、２５℃、ｐＨ６．５で測定した時の透過流束が０．５ｍ3／ｍ2・日以上を有する、実質的に１０ａｔｍ以下の圧力で使用される膜がより好ましい。 In the present invention, the characteristics that the low-pressure reverse osmosis membrane should have are a permeation flux of 0.8 m 3 / m 2 · day or more when measured at 1500 ppm saline, 1.5 MPa, 25 ° C., pH 6.5, Preferably it is 1.0 m 3 / m 2 · day or more. Furthermore, the salt rejection when measured at 1500 ppm saline, 1.5 MPa, 25 ° C., pH 6.5 is 90% or more, preferably 98% or more, and 1000 ppm magnesium sulfate aqueous solution, 1.5 MPa, 25 It is preferable that the salt rejection rate is 90% or more, preferably 98% or more when measured at ° C and pH 6.5. More preferably, it has the above-mentioned exclusion performance, and has a permeation flux of 0.5 m 3 / m 2 · day or more when 500 ppm of saline is measured at 0.5 MPa, 25 ° C. and pH 6.5. More preferred is a membrane used at a pressure of substantially 10 atm or less.
逆浸透膜エレメントは上記逆浸透膜を実際に使用するために形態化したものであり平膜は、スパイラル、チューブラー、プレート・アンド・フレームのエレメントに組み込んで、また中空糸は束ねた上でエレメントに組み込んで使用することができるが、本発明はこれらの逆浸透膜エレメントの形態に左右されるものではない。 The reverse osmosis membrane element is shaped to actually use the above reverse osmosis membrane. The flat membrane is incorporated into the spiral, tubular, plate and frame elements, and the hollow fibers are bundled together. Although it can be used by being incorporated in the element, the present invention is not dependent on the form of these reverse osmosis membrane elements.
また、逆浸透膜モジュールユニットは上述の逆浸透膜エレメントを１〜数本圧力容器の中に納めたモジュールを並列に配置したもので、その組合せ、本数、配列は目的に応じて任意に行うことができる。 The reverse osmosis membrane module unit is a module in which one to several pressure osmosis membrane elements are placed in parallel, and the combination, number, and arrangement are arbitrarily set according to the purpose. Can do.
原水の水温が上昇し、第１段目の逆浸透膜モジュール１の透過水のホウ素濃度が所定範囲を超えた場合には、その透過水を第２段目の逆浸透膜モジュール２に供給し、透過水中のホウ素濃度を低減させる。このとき、第１段目の逆浸透膜モジュール１が段階的なモジュール構成となっている場合（１番目のモジュールの濃縮水をさらに２番目のモジュールに供給させるような場合）には、透過水中のホウ素濃度が高い２番目以降のモジュールから出てくる透過水のみを第２段目の逆浸透膜モジュール２に供給してホウ素を低減させてもよい。
When the raw water temperature rises and the boron concentration of the permeated water in the first-stage reverse
さらに原水の水温が上昇し、第２段目の逆浸透膜モジュール２の透過水が所定範囲を超えた場合には、第１段目の逆浸透膜モジュール１の透過水にアルカリを注入してｐＨを高くすることにより第２段目の逆浸透膜モジュール２のホウ素の除去率を高くする。
Further, when the raw water temperature rises and the permeated water of the second-stage reverse osmosis membrane module 2 exceeds a predetermined range, alkali is injected into the permeated water of the first-stage reverse
第１段目の逆浸透膜モジュール１の透過水のｐＨを調整する方法には特に制限はなく、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ水溶液を添加する方法などがある。添加方法としては、攪拌機つきのｐＨ調整槽を設けたり、通水ラインにアルカリ水溶液注入口を設け、その下流側にスタティックミキサーなどを設置することなどができる。
There is no particular limitation on the method for adjusting the pH of the permeated water of the first-stage reverse
第１段目の逆浸透膜モジュール１の透過水のｐＨは、ホウ酸の解離定数ｐＫａ９．２（２５℃）以上に調整し、より好ましくは１０以上、１２以下に調整する。ｐＨが９．２未満ではホウ素の除去率が低く、ｐＨが１２以上では逆浸透膜が化学劣化する可能性があるためである。
The pH of the permeated water of the first-stage reverse
アルカリ水溶液の添加量は、第２段目の逆浸透膜モジュール２の透過水のホウ素濃度が所定範囲を超えないように調整されればよい。 The addition amount of the alkaline aqueous solution may be adjusted so that the boron concentration of the permeated water of the second-stage reverse osmosis membrane module 2 does not exceed a predetermined range.
また、アルカリ水溶液の注入と並行して、スケール防止剤を添加してもよい。ｐＨが１１以上となった場合には、第２段目の逆浸透膜モジュール２にマグネシウムスケールが発生する可能性があるからである。 Moreover, you may add a scale inhibitor in parallel with injection | pouring of aqueous alkali solution. This is because when the pH is 11 or more, magnesium scale may be generated in the second-stage reverse osmosis membrane module 2.
さらに原水の水温が上昇し、第２段目の逆浸透膜モジュール２の透過水のホウ素濃度が所定範囲を超えた場合には、第２段目の逆浸透膜モジュール２の濃縮水をホウ素吸着剤で処理することができる。ホウ素吸着剤で処理された処理水は、第２段目の逆浸透膜モジュール２の透過水と混合されることにより、第２段目の逆浸透膜モジュール２の透過水のホウ素濃度が低減される。なお、ホウ素吸着剤で処理する濃縮水の量は、第２段目の逆浸透膜モジュール２の透過水のホウ素濃度によって決めればよく、第２段目の逆浸透膜モジュール２の透過水のホウ素濃度が高い場合には、ホウ素吸着剤で処理する量を多くとればよい。 Further, when the temperature of the raw water rises and the boron concentration of the permeated water of the second-stage reverse osmosis membrane module 2 exceeds a predetermined range, the concentrated water of the second-stage reverse osmosis membrane module 2 is adsorbed with boron. Can be treated with an agent. The treated water treated with the boron adsorbent is mixed with the permeated water of the second-stage reverse osmosis membrane module 2, thereby reducing the boron concentration of the permeated water of the second-stage reverse osmosis membrane module 2. The The amount of concentrated water to be treated with the boron adsorbent may be determined by the boron concentration of the permeated water of the second-stage reverse osmosis membrane module 2, and the permeated boron of the second-stage reverse osmosis membrane module 2 When the concentration is high, the amount to be treated with the boron adsorbent may be increased.
ホウ素吸着剤は、ホウ素に対して選択性の高い樹脂、ホウ素を選択的に吸着するイオン交換樹脂であればよく、例えば、ホウ素に対して選択性の高いことが知られている多価アルコール残基を官能基とするイオン交換樹脂が好ましく用いられる。 The boron adsorbent may be a resin having high selectivity for boron or an ion exchange resin that selectively adsorbs boron. For example, a polyhydric alcohol residue known to have high selectivity for boron is used. An ion exchange resin having a group as a functional group is preferably used.
ホウ素に対して選択性の高い多価アルコール残基としては、例えば、グルカミンのＮ−残基、Ｎ−メチルグルカミンのＮ−残基、ジグルカミンのＮ−残基などが挙げられる。このような多価アルコール残基を官能基とするイオン交換樹脂は、例えば、スチレン／ジビニルベンゼン共重合体のような基体樹脂に、クロロメチル基のようなアミン反応性基を導入し、これに、グルカミン、Ｎ−メチルグルカミン、ジグルカミンのようなアミノ基含有多価アルコールを反応させることにより、得ることができる。ホウ素に対して選択性の高いイオン交換樹脂として市販されているものには、スチレン／ジビニルベンゼン共重合体を樹脂基体とし、Ｎ−メチルグルカミンのＮ−残基を官能基として有する、“デュオライトＥＳ３７１Ｎ”（商品名、ローム・アンド・ハース社製）、“アンバーライトＩＲＡ７４３”（商品名、ローム・アンド・ハース社製）、“ダイヤイオンＣＲＢ０２”（商品名、三菱化学社製）などがある。 Examples of the polyhydric alcohol residue having high selectivity for boron include an N-residue of glucamine, an N-residue of N-methylglucamine, and an N-residue of diglucamine. An ion exchange resin having such a polyhydric alcohol residue as a functional group introduces an amine-reactive group such as a chloromethyl group into a base resin such as a styrene / divinylbenzene copolymer. It can be obtained by reacting an amino group-containing polyhydric alcohol such as glucamine, N-methylglucamine or diglucamine. Commercially available ion exchange resins with high selectivity for boron include a “duo” having a styrene / divinylbenzene copolymer as a resin base and the N-residue of N-methylglucamine as a functional group. "Light ES371N" (trade name, manufactured by Rohm and Haas), "Amberlite IRA743" (trade name, manufactured by Rohm and Haas), "Diaion CRB02" (trade name, manufactured by Mitsubishi Chemical) is there.
ホウ素吸着剤が、適当な量のホウ素、例えば、ほぼ飽和量のホウ素を吸着したら、この樹脂を溶離剤と接触させて、樹脂に吸着されたホウ素を溶離する。この際の溶離剤としては、通常、酸性水溶液、具体的には、硫酸、塩酸、硝酸、蟻酸、酢酸のような酸性化合物の水溶液が用いられる。 When the boron adsorbent has adsorbed an appropriate amount of boron, for example, a nearly saturated amount of boron, the resin is contacted with an eluent to elute the boron adsorbed on the resin. As the eluent, an acidic aqueous solution, specifically, an aqueous solution of an acidic compound such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, formic acid or acetic acid is usually used.
なお、本発明においては、ホウ素吸着剤は、特に第２段目の逆浸透膜モジュール２の濃縮水を処理する方法に限られるものではない。ホウ素吸着剤は、第１段目の逆浸透膜の透過水の一部を処理する方法も考えられる。第２段目の逆浸透膜モジュール２の透過水のホウ素濃度が所定範囲を超えた場合に、第１段目の逆浸透膜の透過水の一部をホウ素吸着剤で処理した処理水と第２段目の逆浸透膜モジュール２の透過水とを混合させて所定範囲にできる。 In the present invention, the boron adsorbent is not particularly limited to the method for treating the concentrated water of the second-stage reverse osmosis membrane module 2. For the boron adsorbent, a method of treating a part of the permeated water of the first-stage reverse osmosis membrane is also conceivable. When the boron concentration of the permeated water of the second-stage reverse osmosis membrane module 2 exceeds a predetermined range, the treated water obtained by treating a part of the permeated water of the first-stage reverse osmosis membrane with the boron adsorbent and the first water The permeated water of the second-stage reverse osmosis membrane module 2 can be mixed to a predetermined range.
これらの組合せ、流量調整などは、得られる透過水のホウ素濃度に応じて行うことができる。 These combinations, flow rate adjustment, and the like can be performed according to the boron concentration of the permeated water to be obtained.
原水の水温が低下していき、得られる透過水のホウ素濃度が低下していく場合には、上記の逆の操作を行えばよく、得られる透過水のホウ素濃度が所定範囲内となるように、ホウ素吸着剤で処理する第２段目の逆浸透膜モジュール２の濃縮水の量を少なくしていき、さらには、ホウ素吸着剤で処理することを停止する。この操作により、吸着剤の再生で用いる酸・アルカリなどの薬品コストを低減させ、やがてゼロにすることができる。 When the water temperature of the raw water decreases and the boron concentration of the resulting permeated water decreases, the reverse operation of the above may be performed, so that the boron concentration of the obtained permeated water is within a predetermined range. Then, the amount of the concentrated water in the second-stage reverse osmosis membrane module 2 to be treated with the boron adsorbent is decreased, and further, the treatment with the boron adsorbent is stopped. By this operation, it is possible to reduce the cost of chemicals such as acid and alkali used in the regeneration of the adsorbent and eventually to zero.
原水の水温がさらに低下した場合には、第２段目の逆浸透膜モジュール２に注入するアルカリを徐々に減らしていき、やがてゼロにする。この操作により、薬品コストを低減させ、やがて、ゼロにすることができる。 When the water temperature of the raw water further decreases, the alkali injected into the second-stage reverse osmosis membrane module 2 is gradually reduced to zero. By this operation, the chemical cost can be reduced and eventually can be reduced to zero.
さらに原水の水温が低下した場合には、バイパスをさせて、第２段目の逆浸透膜モジュールへの供給量を低減させていき、やがて、ゼロにすることがでる。この方法により、第２段目の逆浸透膜の加圧ポンプに要する電力を低減でき、また、逆浸透膜モジュールの耐久年数を増加させることができる。 Further, when the temperature of the raw water is lowered, the amount of supply to the second-stage reverse osmosis membrane module can be reduced by bypass, and eventually can be reduced to zero. By this method, the electric power required for the pressure pump of the second-stage reverse osmosis membrane can be reduced, and the durable years of the reverse osmosis membrane module can be increased.
＜実施例１＞
図２に示す造水装置を用いた場合、原水の水温が大きく変化する地域における年間を通じて造水コストが最低となる最適な水処理方法をシュミレーションした結果を図３に示す。
<Example 1>
When the fresh water generator shown in FIG. 2 is used, the result of simulating an optimal water treatment method that minimizes fresh water costs throughout the year in an area where the water temperature of the raw water changes greatly is shown in FIG.
原水の水温は、年間を通じて１０〜４０℃の範囲で大きく変化する場合を想定した。原水は４．５％海水、ホウ素濃度は６ｍｇ／Ｌ、１０万ｍ3／日規模のプラントを想定した。なお、電力費は５円／ｋｗｈとした。なお、ホウ素濃度の所定範囲をＷＨＯの水質ガイドライン値である０．５ｍｇ／Ｌとした。 The water temperature of the raw water was assumed to change greatly in the range of 10 to 40 ° C. throughout the year. The raw water was assumed to be a 4.5% seawater plant with a boron concentration of 6 mg / L and 100,000 m 3 / day scale. The power cost was 5 yen / kwh. The predetermined range of the boron concentration was set to 0.5 mg / L, which is the WHO water quality guideline value.
その結果、図３に示すように、原水の水温が１０〜１５℃の間では、第１段目の逆浸透膜モジュールだけで運転するのが最も造水コストが安く、１５〜３２℃の間では、第２段目の逆浸透膜モジュールで第１段目の逆浸透膜モジュールの透過水を逆浸透分離し、また水温の上昇に伴ってｐＨを調整しながら運転するのが最も造水コストが安く、さらに、３２〜３８℃の間では、第２段目の逆浸透膜モジュールの濃縮水をホウ素吸着剤で処理して、その処理水を第２段目の逆浸透膜モジュールの透過水と混合するのが最も造水コストが安いことがわかった。 As a result, as shown in FIG. 3, when the raw water temperature is between 10 and 15 ° C., operating with only the first-stage reverse osmosis membrane module has the lowest water production cost and between 15 and 32 ° C. Then, it is the most fresh water production cost that the permeated water of the first-stage reverse osmosis membrane module is separated by reverse osmosis in the second-stage reverse osmosis membrane module and the pH is adjusted as the water temperature rises. However, between 32 and 38 ° C., the concentrated water of the second-stage reverse osmosis membrane module is treated with a boron adsorbent, and the treated water is passed through the second-stage reverse osmosis membrane module. It was found that mixing water with the least cost of fresh water.
本発明は、たとえば海水・かん水からの淡水の生成や河川・湖沼水からの上水の生成等に用いられる逆浸透膜モジュールを備えた造水装置などの水処理分野などに用いられる造水に好適に利用される。 The present invention can be used for water production such as in the field of water treatment such as a fresh water generator equipped with a reverse osmosis membrane module used for the production of fresh water from seawater and brine and the production of clean water from rivers and lakes. It is preferably used.
１：第１段目の逆浸透膜モジュール
２：第２段目の逆浸透膜モジュール
３：ホウ素吸着剤
４：アルカリ注入手段
５：ホウ素濃度検出器
６：制御器
Ｐ１：高圧ポンプ
Ｐ２：加圧ポンプ
1: first-stage reverse osmosis membrane module 2: second-stage reverse osmosis membrane module 3: boron adsorbent 4: alkali injection means 5: boron concentration detector 6: controller P1: high-pressure pump P2: pressurization pump
Claims (2)
（Ａ）第１段目の逆浸透膜モジュールで逆浸透分離して濃縮水と透過水とを得る。
（Ｂ）第１段目の逆浸透膜モジュールの透過水に、アルカリ添加および／または少なくとも一部を、第２段目の逆浸透膜モジュールで逆浸透分離する。
（Ｃ）前記第２段目の逆浸透膜モジュールの後段のホウ素吸着剤でホウ素を除去する。 In this method, the raw water containing boron is formed from reverse osmosis separation by a reverse osmosis membrane module in the first stage to obtain concentrated water and permeate. Reverse osmosis separation in the osmosis membrane module, and in the fresh water generator having a boron adsorbent in the second stage of the reverse osmosis membrane module of the second stage, depending on the boron concentration of the production water detected by the boron concentration detector, the following (A)-(C) of the process is operated in order.
(A) Reverse osmosis separation is performed by the first-stage reverse osmosis membrane module to obtain concentrated water and permeated water.
(B) Alkaline addition and / or at least a part of the permeated water of the first-stage reverse osmosis membrane module is reverse osmosis separated by the second-stage reverse osmosis membrane module.
(C) Boron is removed with a boron adsorbent at the latter stage of the second stage reverse osmosis membrane module.
（Ａ）第１段目の逆浸透膜モジュールで逆浸透分離して濃縮水と透過水とを得る。
（Ｂ）第１段目の逆浸透膜モジュールの透過水に、アルカリ添加および／または少なくとも一部を、第２段目の逆浸透膜モジュールで逆浸透分離する。
（Ｃ）前記第２段目の逆浸透膜モジュールの後段のホウ素吸着剤でホウ素を除去する。 A device for producing water from raw water containing boron, wherein reverse osmosis separation is performed by a reverse osmosis membrane module in a first stage to obtain concentrated water and permeate, and then the permeate is reversed in a second stage. Reverse pressure osmosis separation with a osmosis membrane module, and in a desalination apparatus equipped with a boron adsorbent at the second stage of the reverse osmosis membrane module of the second stage, the pressure is increased according to the boron concentration of the product water detected by the boron concentration detector Control means, alkali injection means, second-stage reverse osmosis membrane module supply water bypass means, and second-stage reverse osmosis membrane module concentrated water amount adjustment means, and the following (A) to (C) A fresh water generator characterized by comprising a controller that operates the processes in order and controls the boron concentration of the production water within a certain range.
(A) Reverse osmosis separation is performed by the first-stage reverse osmosis membrane module to obtain concentrated water and permeated water.
(B) Alkaline addition and / or at least a part of the permeated water of the first-stage reverse osmosis membrane module is reverse osmosis separated by the second-stage reverse osmosis membrane module.
(C) Boron is removed with a boron adsorbent at the latter stage of the second stage reverse osmosis membrane module.
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